中南大学20142015学年一学期化工热力学专业期末考试D

1、中南大学考试一试卷D卷20142015学年一学期化工热力学课程（时间：2015年1月8日，礼拜二，10:00-11:40，合计：100分钟）48学时，3学分，闭卷，总分100分，占总评成绩50%题号一二三四合计满分30分20分15分35分100得分评卷人出卷人基此题型以下：选择题：1.5分10=15分填空题：2分5=10分简答题：25分计算题：50分一、选择题（1.5分10=15分）1、对于化工热力学研究内容，以下说法中不正确的选项是（C）A.判断新工艺的可行性。B.化工过程能量分析。C.反响速率展望。D.相均衡研究2、以下各式中，化学位的定义式是A.C.ii(nH)P,nS,njB.i(nG

2、)nV,nS,njnini(nA)(nU)P,T,njD.iT,nS,njnini3、对无热溶液，以下各式能建立的是D。EEEEA.S=0，V=0B.S=0，A=0EEEEEC.G=0，A=0D.H=0，G=-TS4、在必定的温度和压力下二组分系统汽液均衡的条件是_A_。(A).f?1Vf?1L；f?Vf?L(B)f?Vf?；f?f?；?（）LV为混淆物的逸度）fDff(f(C).fff5、以下偏摩尔自由焓表达式中，错误的为D。A.Gi=iB.dGi=Vdpi-SidTC.GinG/niT,P,njiD.GinG/niT,nv,nji6、二元非理想极稀溶液,其溶质和溶剂分别恪守AA.Henry

3、定律和Lewis-Randall规则.B.Lewis-Randall规则和Henry定律.C.Raoult规则和Lewis-Randall规则.D.Lewis-Randall规则和拉乌尔规则7、气体经过稳流绝热膨胀，对外作功，如忽视宏观动能，位能变化，无摩擦损失，则此过程气体焓值B。A.增添B.减少C.不变D.不确立8、对于制冷原理，以下说法不正确的选项是(D)A.任何气体,经等熵膨胀后,温度都会降落。B.只有当JT0，经节流膨胀后，气体温度才会降低。C.在相同初态下，等熵膨胀温度降比节流膨胀温度降大。D.任何气体,经节流膨胀后,温度都会降落。9、不能够逆过程中，孤立系统的（D）。A总熵增添，

4、火用也增添。B.总熵减少，火用也减少。C总熵减少，但火用增添。D总熵增添，但火用减少。10作为朗肯循环改良的回热循环是从汽轮机（即蒸汽透平机）中抽出部分蒸汽（B）A锅炉加热锅炉进水B回热加热器加热锅炉进水C.冷凝器加热冷凝水D.过热器再加热二、填空题（每题2分,共10分）理想溶液的过分性质ME等于_（0）热力学一致性查验的原理是是依据_（吉布斯-杜亥姆方程）3.稳流系统的热力学第必定律为：_(H1u2gZQW)2S化学分析法包含_、_、_（能量衡算法，熵分析法，火用分析法）绝热可逆膨胀的温降比节流膨胀的温降_（大、小、相等）三、简答题(1题5分，2题8分，3题4题各6分：共25分)1、汽相和液

5、相均用逸度系数计算的困难是什么？答：依据逸度系数的计算方程，需要选择一个同时合用于汽相和液相的状态方程，且计算精度相当。这类方程的形式复杂，参数角度，计算比较困难（意思对即可）。2、有人提出用以下方程组来表示恒温、恒压下简单二元系统的偏摩尔体积V1V1a(ba)x1bx12V2V2a(ba)x2bx22式中：V1和V2是纯组分的摩尔体积，a、b但是T、P的函数。试从热力学的角度分析这些方程能否合理？答：依据Gibbs-Duhem方程xiMiT,p0得恒温、恒压下x1dV1x2dV20d或x1dV1x2dV2x2dV2（2分）dx1dxdx21由此题所给的方程获得d(V1V1)dV1ba2bx1

6、dx1dx1即xdV1(ba)x2bx2（A）（2分）1dx111相同可得d(V2V2)dV2ba2bx2dx2dx2即x2dV2(ba)x22bx22（B）（2分）dx2比较上述结果，式（A）=（B）得：(ba)x2bx2(ba)x22bx2112整理此式得：ab0或x1x20.5（2分）依据题意，所给出的方程组只有在ab0时才知足Gibbs-Duhem方程，方程才合理。3、写出局部构成的见解，并说明Wilson方程和NRTL方程的合用条件。答：局部构成的见解：在某其中心分子i的近邻，出现i分子和出现j分子的几率不仅与分子的构成xi和xj相关，并且与分子间互相作用的强弱相关（2分）Wilso

7、n方程合用条件：能够正确地描绘极性和非极性混淆物的活度系数（2分）NRTL方程合用条件：能够用于部分互溶系统，特别用于液-液分层物系的计算（2分）4、说明基团贡献法的出发点、长处及限制性答：基团贡献法的基本假定是纯化合物或混淆物的物性，等于构成此化合物或混合物的各样公司对此物性贡献值的总和；即假定在任何系统中，同种基团在不一样样分子中对某一物性拥有同一贡献值，比方临界体积，只需由各个基团的临界体积贡献值之和加上某一常数即可。（4分）长处：更大的通用性及不需要临界参数（1分）限制性：分子交互作用难于校订（1分）四、计算题（共50分）1、(16分)25，0.1MPa下，组分1和2形成二元溶液，其溶

8、液的摩尔焓为H=600180X120X13(J/mol).式中X1为组分1的摩尔分数,标准态按Lewis-Randall定则计算，求；,H2；，；(4)H；(5)HE；(1)H1,H2()H1(3)H1H2解：过程以下dH2、18060 x1dx11)H1Hx2dHH(1x1)dH42060 x1240 x13dx2dx1H260040 x132)H1420J/molH2640J/mol3)H1400J/molH2600J/mol4)HxiHixiHixi(HiHi)x1(H1H1)x2(H2H2)x1(42060 x1240 x13400)x2(60040 x13600)20 x120 x1

9、35)HEH20 x120 x13（除第4小题每题3分，第4题4分）2、(14分)某动力循环的蒸汽透平机，进入透平的过热蒸汽为2.0MPa，400，排出的气体为0.035MPa饱和蒸汽，若要求透平机产生3000kW功率，问每小时经过透平机的蒸汽流量是多少？假定透平机的热损失相当于轴功的5%。11（已知：饱和蒸汽的熵Sg7.7153kJkgK，饱和液体的熵，Sl0.9875kJkg1K1）解：出入透平机的蒸汽状态见以以下图所示，（2分）焓、熵值从附录水蒸汽表中查到，按稳流系统热力学第必定律对透平机进行能量衡算H=Q-Ws（3分）则mH2H15%WsWs0.95Ws0.95Ws0.95300036

10、00h1m16650.4kg蒸汽流量H2H1（3分）按此题意，等熵膨胀的空气应当是湿蒸汽，即为饱和蒸汽和饱和水的混淆物，此时熵值，即为饱和蒸汽和饱和水的熵按比率混淆，已知：饱和蒸汽1111的熵Sg7.7153kJkgK，饱和液体的熵，Sl0.9875kJkgK设空气中气相重量百分含量为x,则7.1271=7.7153x+(1-x)0.9875解得x=0.9126（3分）空气的焓值H=xHg+（1-x）Hl=0.91262631.4+(1-0.9126)304.25=2428.0kJkg-1（3分）T423165S3、（20分）某二元溶液，Lewis-Randall规则标准态的超额Gibbs自由

11、能可由下式给出：GE/RTx1x2式中：为常数，两纯组元逸度分别为f1*和f2*，单位为Pa,GE:Jmol1,T：K,求：（1）以Lewis-Randall规则为标准态的活度系数1与2的表达式。（2）以Henry定律为标准态的活度系数1与2的表达式。解：（1）因为lninGERTniT,p,nj故：对于二元混淆物，能够使用二元截矩公式计算活度系数MM二元截矩公式为：Mx2dMdx2dM2Mx1dx1（4分）lnln则：GEd(GE1x2RT)RTdx2GEd(GE2x1RT)RTdx1（4分）ln将GE/RTx1x2代入上式，整理得：lnf?ia?i（2）由活度的定义：fi1x222x12（2分）所以，以Lewis-Randall规则为标准态的活度系数1与2分别为：1f?1f1*x1f?1f1*x1ex22f?2f1*x112f2*x2，则f?22f2*x22f2*x2